无杂质空位诱导量子阱混杂研究及应用现状

自量子阱混杂发现以来,其在这几十年的发展中取得了巨大进步。在各种量子阱混杂的方法中,无杂质空位扩散诱导量子阱混杂(IFVD)以其独特的优势获得了细致的研究和广泛的应用。主要从混杂原理、介质膜类型、材料系、低维量子点中的应用和器件应用等几个方面来全面分析IFVD研究和应用现状。     

使用SiO_2介质膜实现InGaAsP量子阱混杂

报道了使用SiO2 介质膜导致的无杂质空位扩散实现InGaAsP多量子阱混杂的实验,得到2 0 0nm的最大带隙波长蓝移.另外,采用量子阱混杂制作了蓝移的FP腔激光器,其性能与未混杂的激光器相当     

使用SiO2介质膜实现InGaAsP量子阱混杂

报道了使用SiO2介质膜导致的无杂质空位扩散实现InGaAsP多量子阱混杂的实验,得到200nm的最大带隙波长蓝移.另外,采用量子阱混杂制作了蓝移的FP腔激光器,其性能与未混杂的激光器相当.     

SiO_2膜增强InGaAsP超晶格外延片的量子阱混合

对晶格与 In P匹配的 In Ga As P超晶格结构外延片 ,运用等离子增强化学气相沉积法镀Si O2 膜 ,随后用碘钨灯快速热退火 ,进行无杂质空位扩散 ( IFVD)技术的实验研究 ,测量光致发光谱后得到了最大 50 nm的峰值位置蓝移 ;表明在没有掺杂和没有应变的情况下 ,IFVD仍有较好的处理量子阱材料的能力 .对影响 IFVD工艺的重复性因素进行了探讨 .     

GaAs／AlGaAs量子阱红外探测器特性非对称性分析

在分子束外处生长量子阱材料过程中,分析了在不同的GaAs/AlGaAs异质结生长次序中Ga的解吸附速率不同和量子阱中掺杂的扩散造成量子阱结构的不对称,讨论了GaAs/AlGaAs最子红外探测器的性能参数相对于正负偏压的不对称性,并与金属有机化合物汽相沉淀法生长的最子阱材料和相应器件进行了比较,发现,采用分子束外延方法生长器件的不对称性更明显。     

Cu/SiO2逐层沉积增强无杂质空位诱导InGaAsP/InGaAsP量子阱混杂

研究了Cu/SiO_2逐层沉积增强的无杂质空位诱导InGaAsP/InGaAsP多量子阱混杂(QWI)行为。在多量子阱(MQW)外延片表面,采用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)不同厚度的SiO_2,然后溅射5 nm Cu,在不同温度下进行快速热退火(RTA)诱发量子阱混杂。通过光荧光(PL)谱表征样品在QWI前后的变化。实验结果表明,当RTA温度小于700℃时,PL谱峰值波长只有微移,且变化与其他参数关系不大;当RTA温度大于700℃时,PL谱峰值波长移动与介质层厚度和RTA时间都密切相关,当SiO_2厚度为200 nm,退火温度为750℃,时间为200 s时,可获得54.3 nm的最大波长蓝移。该种QWI方法能够诱导InGaAsP MQW带隙移动,QWI效果与InGaAsP MQW中原子互扩散激活能、互扩散原子密度以及在RTA过程中热应力有关。     

As压对LT-GaAs/AlGaAs多量子阱光学特性的影响

在衬底温度为 3 5 0°C的条件下 ,用分子束外延的方法 ,在不同的砷压条件下生长了 Ga As/Al0 .3Ga0 .7As多量子阱结构。 77K的荧光实验证明 ,砷压对样品的光学特性影响显著。认为砷压对低温多量子阱光学特性的影响是点缺陷随砷压的演化和能级间相互补偿的共同结果。通过优化砷压 ,样品的荧光峰的半峰宽减小到 3 me V,这是到目前为止所报道过的最窄的低温多量子阱的荧光峰。相应的垂直场光折变器件的电吸收为 60 0 0 cm     

快速热退火对高应变InGaAs/GaAs量子阱的影响

用固态分子束外延技术生长了高应变In045Ga0.55 As/GaAs量子阱材料.研究了快速热退火对高应变InGaAs/GaAs量子阱材料光学性质的影响.本文采用假设InGaAs/GaAs量子阱中的In-Ga原子扩散为误差函数扩散并解任意形状量子阱的薛定谔方程的方法,对不同退火温度下InGaAs/GaAs量子阱室温光致发光峰值波长拟合,得到了In原子在高应变InGaAs/GaAs量子阱中的扩散系数以及扩散激活能(0.88eV).     

快速热退火对高应变InGaAs/Ga As量子阱的影响

用固态分子束外延技术生长了高应变In0.45Ga0.55As/GaAs量子阱材料. 研究了快速热退火对高应变InGaAs/GaAs量子阱材料光学性质的影响. 本文采用假设InGaAs/GaAs量子阱中的In-Ga原子扩散为误差函数扩散并解任意形状量子阱的薛定谔方程的方法，对不同退火温度下InGaAs/GaAs量子阱室温光致发光峰值波长拟合，得到了In原子在高应变InGaAs/GaAs量子阱中的扩散系数以及扩散激活能（0.88eV) .     

掺Si对AlGaInP/GaInP多量子阱发光性能的影响

研究了Si掺杂对MOCVD生长的(Al0.3Ga0.7)In0.5P/Ga0.5In0.5P多量子阱发光性能的影响.样品分为两类:一类只生长了(Al0.3Ga0.7)In0.5P/Ga0.5In0.5P多量子阱结构;另一类为完整的多量子阱LED结构.对于只生长了(Al0.3Ga0.7)In0.5P/Ga0.5In0.5P多量子阱结构的样品,掺Si没有改变量子阱发光波长,但使得量子阱发光强度略有下降,发光峰半高宽明显增大.这应是掺Si使量子阱界面质量变差导致的.而在完整LED结构的情况下,掺Si却大大提高了量子阱的发光强度.相对于未掺杂多量子阱LED结构,垒层掺Si使多量子阱的发光强度提高了13倍,阱层和垒层均掺Si使多量子阱的发光强度提高了28倍,并对这一现象进行了讨论.     

掺Si对AlGaInP/GaInP多量子阱发光性能的影响

研究了Si掺杂对MOCVD生长的（Al0.3Ga0.7）In0.5P/Ga0.5In0.5P多量子阱发光性能的影响．样品分为两类：一类只生长了（Al0.3Ga0.7）In0.5P/Ga0.5In0.5P多量子阱结构;另一类为完整的多量子阱LED结构．对于只生长了（Al0.3Ga0.7）In0.5P/Ga0.5In0.5P多量子阱结构的样品,掺Si没有改变量子阱发光波长,但使得量子阱发光强度略有下降,发光峰半高宽明显增大．这应是掺Si使量子阱界面质量变差导致的．而在完整LED结构的情况下,掺Si却大大提高了量子阱的发光强度．相对于未掺杂多量子阱LED结构,垒层掺Si使多量子阱的发光强度提高了13倍,阱层和垒层均掺Si使多量子阱的发光强度提高了28倍,并对这一现象进行了讨论．     

SiO2膜增强InGaAsP超晶格外延片的量子阱混合

对晶格与InP匹配的InGaAsP超晶格结构外延片,运用等离子增强化学气相沉积法镀SiO2膜,随后用碘钨灯快速热退火,进行无杂质空位扩散(IFVD)技术的实验研究,测量光致发光谱后得到了最大50nm的峰值位置蓝移;表明在没有掺杂和没有应变的情况下,IFVD仍有较好的处理量子阱材料的能力.对影响IFVD工艺的重复性因素进行了探讨.     

大应变InGaAs/GaAs/AlGaAs微带超晶格中波红外QWIP的MOCVD生长

基于中波红外(峰值响应波长4.5μm)量子阱红外探测器QWIP进行了大应变In0.34Ga0.66As/GaAs/Al0.35Ga0.65As微带超晶格结构的MOCVD外延生长研究。通过对生长温度、生长速率、Ⅴ/Ⅲ比以及界面生长中断时间等生长参数的系统优化,获得了高质量的外延材料。     

磁场对氮化物抛物量子阱中束缚极化子的影响

采用改进的Lee-Low-Pines中间耦合方法研究了在外磁场作用下纤锌矿氮化物抛物量子阱中极化子能级,给出不同磁场下极化子基态能量、结合能随阱宽L的变化关系以及能量随磁场强度B变化的函数关系。在计算抛物量子阱材料中考虑了纤锌矿GaN和Al0.3Ga0.7N构成的抛物量子阱中材料中准LO和准TO声子模的各向异性以及外磁场对极化子能量的影响。结果表明:纤锌矿氮化物抛物量子阱材料中电子-声子相互作用和外磁场对极化子能级有明显的影响。极化子基态能量、结合能随阱宽的增加而减小,随磁场的增加而增大,电子-声子相互作用使极化子能量降低,并且GaN/Al0.3Ga0.7N抛物量子阱对极化子的束缚程度比GaAs/Al0.3Ga0.7As抛物量子阱强,因此,在GaN/Al0.3Ga0.7N抛物量子阱中束缚于杂质中心处的电子比在GaAs/Al0.3Ga0.7As抛物量子阱中束缚于杂质中心处的电子稳定。     

基于循环退火技术的InGaAs/AlGaAs量子阱混杂

为了解决由于激光器腔面处的光吸收引起的腔面光学灾变损伤(COD),采用无杂质空位扩散(IFVD)法,研究了由SiO2电介质层诱导的InGaAs/AlGaAs量子阱结构的带隙蓝移。使用等离子化学气相沉积(PECVD)在InGaAs/AlGaAs量子阱的表面生长SiO2电介质层;然后采用IFVD在N2环境下进行高温退火实验,从而实现量子阱混杂(QWI)。实验结果表明:蓝移量的大小随退火时间和电介质层厚度的变化而变化,样品覆盖的电介质层越厚,在相同的退火温度下承受的退火时间越长,得到的蓝移量也越大。然而,在高温退火中的时间相对较长时,退火对量子阱造成的损坏相当大。高温短时循环退火,能够在保护量子阱晶体质量的同时实现QWI。通过在850℃退火6min下循环退火5次,得到了46nm的PL蓝移,且PL峰值保持在原样品的80%以上。     

InGaN/GaN岛形量子阱样品透射电镜制样与表征方法

本文研究了氮化物半导体三维岛形结构的透射电镜制样技术,减小了样品在制样过程中的结构损伤,并对In Ga N/Ga N量子阱进行了结构、成分和发光特性的表征。通过对三维Ga N小岛非极性小面微观结构的分析,确定了侧壁小面皆为半极性面,说明小面生长的In Ga N/Ga N量子阱受到较小的极化效应影响。该岛形量子阱的结构特征,有效地增强了量子阱的发光效率,同时由于不同小面的存在,实现了同一小岛的多波长白光发射。     

组合离子注入导致非对称耦合双量子阱界面混合效应光调制反射光谱

用分子束外延系统 (MBE)生长了 Ga As/ Al Ga As非对称耦合双量子阱 (ACDQW) ,用组合离子注入的方法 ,在同一块衬底上获得了不同注入离子 As+ 、 H+ 和不同注入剂量的 Ga As/ Al Ga As非对称耦合双量子阱单元 ,在未经快速热退火的条件下 ,于常温下测量了光调制反射光谱 ,发现各单元的子带间跃迁能量最大变化范围可达80 me V .     

低阈值高效率InAlGaAs量子阱808 nm激光器

以Al0.3Ga0.7As/InAlGaAs/Al0.3Ga0.7As压应变量子阱代替传统的无应变量子阱作为有源区,实现降低808 nm半导体激光器的阈值电流,并提高器件的效率。首先优化设计了器件结构,并利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)进行了器件的外延生长。通过优化外延生长条件,保证了5.08 cm片内的量子阱(QW)光致发光(PL)光谱峰值波长均匀性达0.1%。对于条宽为50μm,腔长为750μm的器件,经镀膜后的阈值电流为81mA,斜率效率为1.22 W/A,功率转换效率达53.7%。变腔长实验得到器件的腔损耗仅为2 cm-1,内量子效率达90%。结果表明,压应变量子阱半导体激光器具有更优异的特性。     

离子损伤对等离子体辅助分子束外延生长的 Ga NAs/ Ga As和Ga In NAs/ Ga As量子阱的影响

研究了离子损伤对等离子体辅助分子束外延生长的 Ga NAs/ Ga As和 Ga In NAs/ Ga As量子阱的影响 .研究表明离子损伤是影响 Ga NAs和 Ga In NAs量子阱质量的关键因素 .去离子磁场能有效地去除了等离子体活化产生的氮离子 .对于使用去离子磁场生长的 Ga NAs和 Ga In NAs量子阱样品 ,X射线衍射测量和 PL 谱测量都表明样品的质量被显著地提高 .Ga In As量子阱的 PL 强度已经提高到可以和同样条件下生长的 Ga In As量子阱相比较 .研究也表明使用的磁场强度越强 ,样品的光学质量提高越明显     

基于无杂质空位混杂法制备带有无吸收窗口的940nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器研究

为提高940nm半导体激光器抗灾变性光学损伤(COD)能力,采用无杂质空位量子阱混杂技术制备了带有无吸收窗口的940nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器。借助光致发光光谱分析了退火温度和介质膜厚度对GaInP/GaAsP/GaInAs单量子阱混杂的影响;通过电化学电容-电压(EC-V)方法检测了经高温退火后激光器外延片的掺杂浓度分布的变化情况。实验发现,在875℃快速热退火条件下,带有磁控溅射法制备的200nm厚的SiO2盖层样品发生蓝移达29.8nm,而电子束蒸发法制备的200nm厚TiO2样品在相同退火条件下蓝移量仅为4.3nm。两种方法分别对蓝移起到很好的促进和抑制作用。将优化后的条件用于带有窗口结构的激光器器件制备,其抗COD能力提高了1.6倍。